● 摘要
如何将工艺设计活动进一步向前扩展，以支持产品设计早期阶段产品设计方案的论证、分析和决策是现代产品开发中的一个重要的基础性问题。概要工艺规划正处在产品开发早期阶段的产品设计从方案发散到方案收敛这一重要阶段，具有支持产品设计决策和指导详细工艺准备的双重作用。因此，研究概要工艺规划基本理论、突破其中的关键技术，对于支持和促进产品开发具有重要的意义。 本文全面综述了概要工艺规划及其相关技术的研究现状，分析了概要工艺规划目前存在的主要问题，从而确定了本文的研究重点和主要研究内容。 首先，本文系统深入地研究了概要工艺规划中的基本理论与模型。通过分析产品设计活动和工艺设计活动的并行效果，以及产品信息和工艺信息粒度的变化规律，提出了工艺设计三阶段模型，即初始工艺规划、粗略工艺规划和详细工艺规划，并对各阶段的特点进行了分析、比较，其中前两个阶段因其产品信息不完整、信息粒度较大，统称为概要工艺规划。分析了概要工艺规划的主要任务、定义、模型，以及概要工艺规划与其它活动的联系，从而建立了概要工艺规划的理论框架。 其次，论文针对概要工艺规划中的四个关键技术问题，即关键特性的识别问题、制造工艺的多层次分类与选择问题、核心工艺表示与生成问题以及可生产性评价问题，进行深入研究，提出了相应的解决方法并予以实现。 （1）针对概要工艺规划阶段还不能获得详细的、完备的产品信息，提出采用关键特性表示更粗粒度的、非完备的产品信息。分析了关键特性的定义与分类，论述了关键特性的分解与传递的特点，并在此基础上提出了产品开发早期的关键特性识别过程及其方法，包括：设计要求获取、设计要求与特性映射和关键特性判定三个步骤，为解决概要工艺规划的信息输入提供了重要而有效的途径。 （2）为了满足在不同工艺设计阶段选择不同层次制造工艺方法的需求，分析了制造工艺与产品特性的对应关系，提出了多层次、多阶段的制造工艺分类和选择方法。对制造工艺方法进行了较全面而系统的分析，总结了各层制造工艺方法的工艺属性。在多层次制造工艺方法分类的基础上提出了两阶段制造工艺方法选择策略，即初步选择和详细选择，从而达到由粗到精逐步选择工艺方法的目的。 （3）在关键特性的基础上，研究了基于核心工艺框架的工艺设计方法，建立了核心工艺框架的概念和表示模型，提出了基于核心工艺框架的工艺设计过程。该方法能够根据关键特性和工艺设计规则，通过确定产品/零件族、检索核心工艺框架、配置核心工艺、核心工艺设计和工艺路线设计（通过长度、宽度和深度三方面的扩展）五个步骤，渐进地完成工艺路线的设计，并向后续的详细工艺设计平稳过渡。 （4） 通过分析关键特性的差异性，提出了一种基于关键特性差异度的制造成本估算方法。关键特性的三种差异性包括“正向质差异”、“负向质差异”和“量差异”，提出了关键特性差异度的计算方法，并在此基础上给出了根据关键特性差异度估算产品制造成本的方法。关键特性差异度反映了产品制造成本的相对变化趋势和程度，可以用于产品开发早期阶段快速、有效地比较多个设计方案或者优化设计方案。 最后，论文阐述了所研制的概要工艺规划原型系统的体系结构、主要功能模块及系统的实现技术，并选取结构和工艺复杂多样的有翼导弹的弹翼为研究对象，详细论述了概要工艺规划过程及结果，验证了本文提出的概要工艺规划理论和方法。